J Clin Invest丨赵旭赟团队揭示U12内含子剪接调控肝脏脂质从头合成和纤维化的新机制

代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的疾病谱涵盖脂肪肝、脂肪性肝炎（MASH）、肝纤维化以及肝硬化。由于目前缺乏有效的治疗药物，MASLD 在全球范围内的发病率呈现逐年上升的趋势【1, 2】。从流行病学数据来看，在过去的数十年间，多个国家和地区的 MASLD 患病人数均显著增加。这不仅给患者个体带来了沉重的健康负担，也对公共卫生体系造成了巨大压力。

RNA剪接在正常生理状态下，对基因表达的调控起着关键作用，它确保了遗传信息能够准确无误地从 DNA 传递到蛋白质。然而，当RNA剪接过程出现异常时，会导致一系列基因表达的紊乱，进而影响细胞的正常功能。在MASLD的发病机制中，异常RNA剪接已被证实参与其中。然而，U12内含子剪接在 MASLD 发病机制中的具体作用，目前仍不明确【3, 4】。U12内含子在基因结构中所占比例相对较小，但其剪接过程涉及到独特的分子机制和调控因子。对于这一领域的深入研究，有望揭示 MASLD 发病的新机制，为开发针对性的治疗策略提供新的靶点和思路。

肝细胞利用糖酵解途径产生乙酰辅酶A进行脂肪酸的从头合成。最近研究发现，氨基酸也能作为肝脏进行脂质从头合成的碳源【5】。在某些条件下（如缺氧），谷氨酰胺被还原羧化为柠檬酸用于脂质从头合成的原料。异柠檬酸脱氢酶1和2（IDH1和IDH2），分别定位于细胞质和线粒体中，催化谷氨酰胺来源的α-酮戊二酸还原代谢为柠檬酸。因此，是调控谷氨酰胺通过还原羧化代谢通路从头合成脂质的关键酶。MASH的进展与肝脏脂质从头合成的异常激活密切相关。其中，固醇调节元件结合蛋白1c（SREBP1c）是调控肝脏脂质从头合成的关键转录因子。其能调控包括脂肪酸合酶（FASN）和硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）等脂质从头合成相关基因表达。胰岛素诱导基因1和2（INSIG1和INSIG2）是内质网定位的多跨膜蛋白，它们结合SCAP-SREBP1c复合物抑制其转运至高尔基体进行剪切活化。已有研究表明，INSIG蛋白的缺失与MASH进展密切相关【6】。

近日，上海交通大学医学院赵旭赟研究员团队，联合上海交通大学医学院附属仁济医院茅益民教授及上海交通大学医学院贺明教授，在J Clin Invest杂志在线发表Disrupted Minor Intron Splicing Activates Reductive Carboxylation-mediated Lipogenesis to Drive Metabolic Dysfunction-associated Steatotic Liver Disease Progression的研究论文。该研究阐述了在MASLD进展过程中，U12内含子剪接因子Zrsr1和Zrsr2被炎症因子下调，引起U12内含子剪接功能异常，导致Insig1和Insig2的U12内含子保留，从而促进SREBP1c的剪切激活，进而上调Idh1表达，增强以谷氨酰胺为原料通过还原羧化代谢进行的脂质从头合成，而此过程中产生过量的氨引起肝脏纤维化的发生，促进了MASLD的进展。

研究团队通过RNA-seq分析MASH造模小鼠和正常小鼠肝脏发现，U12（次要）内含子在MASH小鼠肝脏中发生保留，提示MASH的发生使U12内含子剪接异常。进一步研究发现，在MASH小鼠和病人肝脏中，U12内含子剪接因子Zrsr1和Zrsr2表达降低，其下调受炎症因子调控。为了研究U12内含子保留的发生对MASLD进展的影响，研究团队建立了肝脏特异性Zrsr1和Zrsr2双敲除小鼠模型，该模型能直接引起U12内含子保留。研究发现，Zrsr1 和 Zrsr2 的敲除导致小鼠肝脏脂肪变性并出现纤维化。这些表型与胰岛素敏感性无关。而在肥胖状态下，敲除Zrsr1 和 Zrsr2会加剧肝脏炎症反应，并显著增强肝脏纤维化程度，最终推动MASH的进展。

为了深入解析U12内含子剪接异常促使MASH进展的分子机制，研究团队首先通过RNA-seq数据的富集分析明确Zrsr1 和 Zrsr2敲除上调SREBP1c信号通路的基因表达。并证实SREBP1c的剪切激活在Zrsr1 和 Zrsr2敲除小鼠肝脏中明显增加，提示U12内含子保留的发生引起SREBP1c的活化，进而促进肝脏的脂质从头合成。研究团队随后通过分析U12内含子保留基因，发现Insig1和Insig2基因的U12内含子在Zrsr1 和 Zrsr2敲除小鼠肝脏中发生保留。Insig1和Insig2的U12内含子保留在MASH小鼠和病人的肝脏中也得到证实。Insig1和Insig2的U12内含子保留的发生会产生新的转录本，引起翻译提前终止，导致全长蛋白表达下降。研究发现，INSIG1蛋白水平在Zrsr1 和 Zrsr2敲除小鼠肝脏中出现明显下调，进而引起SREBP1c蛋白的剪切激活。

为了阐明SREBP1c蛋白激活引起肝脏纤维化的分子机制。研究团队通过代谢组学分析发现，敲除Zrsr1和Zrsr2会促进肝脏发生氨基酸分解并增强尿素循环。与此同时，糖酵解通路没有显著变化，提示U12内含子剪接异常促进肝脏对碳源利用的转换。同位素示踪实验表明，敲除Zrsr1和Zrsr2增加了肝细胞利用谷氨酰胺而非葡萄糖进行脂质从头合成。研究团队随后进一步分析了谷氨酰胺进行脂质从头合成的代谢通路，明确其通过还原羧化而非氧化通路进行脂质从头合成。IDH1和IDH2是调控谷氨酰胺还原羧化通路的关键酶。研究团队发现，Zrsr1 和 Zrsr2的敲除促进了Idh1的表达。进一步研究表明，SREBP1c的剪切激活直接调控了Idh1的转录表达。而处理IDH1抑制剂GSK864抑制了Zrsr1 和 Zrsr2敲除引起的利用谷氨酰胺为碳源，通过还原羧化通路进行的脂质从头合成，提示SREBP1c通过调控Idh1表达在肝脏脂质从头合成代谢重编程中发挥关键作用。由于谷氨酰胺通过还原羧化代谢合成脂质的过程中会释放游离氨。正常状态下，肝脏中的氨通过尿素循环转变为尿素排出体外。而在MASH肝脏中尿素循环活性被显著抑制【7】。因此，在Zrsr1 和 Zrsr2敲除小鼠肝脏中出现氨的堆积。这一现象与肝脏纤维化的发生密切相关。通过共培养实验发现，Zrsr1 和 Zrsr2敲除肝细胞中产生的氨能作用于肝星状细胞，上调其胶原相关基因表达，引起肝脏纤维化。清除氨以及抑制IDH1活性能有效减轻Zrsr1 和 Zrsr2敲除导致的肝脏纤维化的进展。

最后，研究团队探索了靶向修复U12内含子剪接异常以及抑制IDH1-氨轴对MASH进展的治疗价值。在肝脏中过表达Zrsr1能修复MASH进展导致的U12内含子剪接的异常，进而减轻肝脏脂肪变性、炎症和纤维化。另外，在MASH小鼠造模期间，通过L-鸟氨酸-L-天冬氨酸（LOLA）清除肝脏中的氨以及使用IDH1抑制剂GSK864，能显著缓解肝脏脂质堆积和纤维化，从而抑制 MASH 进展。因此，这项研究表明，靶向IDH1-氨轴是治疗MASH的新策略。

综上所述，本研究发现，U12内含子剪接异常通过引起Insig1和Insig2的U12内含子保留，激活SREBP1c-IDH1-氨轴促进MASH进展。因此， SREBP1c-IDH1调控的谷氨酰胺还原羧化通路以及氨的产生可能作为 MASH的关键检查点和治疗靶点。

上海交通大学医学院赵旭赟研究员、上海交通大学医学院附属仁济医院茅益民教授及上海交通大学医学院贺明教授为该论文的通讯作者，上海交通大学医学院实验师付寅坤为论文的第一作者。上海市中山医院熊雪莲研究员、上海营养与健康研究所李于研究员为本研究提供了指导和帮助。

原文链接：https://doi.org/10.1172/JCI186478

制版人：十一

参考文献

1.Friedman SL, Neuschwander-Tetri BA, Rinella M, and Sanyal AJ. Mechanisms of NAFLD development and therapeutic strategies.Nat Med. 2018;24(7):908-22.

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3.Bradley RK, and Anczuków O. RNA splicing dysregulation and the hallmarks of cancer. Nat Rev Cancer.2023;23(3):135-55.

4.Xu K, Wu T, Xia P, Chen X, and Yuan Y. Alternative splicing: a bridge connecting NAFLD and HCC.Trends Mol Med.2023;29(10):859-72.

5.Liao Y, Chen Q, Liu L, Huang H, Sun J, Bai X, et al. Amino acid is a major carbon source for hepatic lipogenesis.Cell Metab.2024;36(11):2437-48 e8.

6.Radhakrishnan A, Ikeda Y, Kwon HJ, Brown MS, and Goldstein JL. Sterol-regulated transport of SREBPs from endoplasmic reticulum to Golgi: oxysterols block transport by binding to Insig.Proc Natl Acad Sci U S A.2007;104(16):6511-8.

7.De Chiara F, Heebøll S, Marrone G, Montoliu C, Hamilton-Dutoit S, Ferrandez A, et al. Urea cycle dysregulation in non-alcoholic fatty liver disease.J Hepatol.2018;69(4):905-15.

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